Физики утверждают, что «Зазеркалье» существует, но им никто не верит
Долгое время учёные считали, что Вселенная симметрична, но эксперименты середины XX века разрушили эту идиллию. Чтобы спасти фундаментальные постулаты, теоретики предложили смелую идею: для каждой известной частицы существует невидимый «зеркальный» двойник. Рассказываем, что такое зеркальное вещество и почему научное сообщество до сих пор относится к этой теории со скепсисом.
Как физика потеряла симметрию
До 1956 года наука придерживалась пространственной чётности (P-симметрии). Учёные полагали, что физические законы не различают «лево» и «право». Этот закон казался таким же незыблемым, как сохранение энергии.
Всё изменилось, когда теоретики Ли Чжэндао и Ян Чжэньнин обратили внимание на странное поведение некоторых частиц — так называемый тета-тау-парадокс. После этого они предположили, что в слабых взаимодействиях природа различает «право» и «лево».
Эту гипотезу подтвердила легендарный физик Цзяньсюн Ву, известная как «Мадам Ву», в эксперименте с распадом ядер кобальта-60 в конце 1956 года. Она обнаружила, что электроны при распаде вылетают преимущественно против спина — собственного момента вращения ядра.
Это был шок: частицы окружающего мира оказались левоориентированными. Великий Лев Ландау поначалу даже отказывался в это верить, считая асимметрию пространства абсурдной.
Умы, изменившие мир: советские и российские нобелевские лауреаты по физике
Спасти симметрию
Чтобы восстановить глобальную красоту и симметрию Вселенной, физики придумали изящный выход. Если наш мир «левый», то где-то должен существовать скрытый «правый» мир, который уравновешивает весы мироздания.
Так родилась концепция зеркального вещества. Впервые её чётко сформулировали советские физики Кобзарев, Окунь и Померанчук в 1966 году.
Идея гипотезы проста: для каждой элементарной частицы вроде протона, электрона или фотона существует невидимый зеркальный партнёр с такой же массой и временем жизни. Они образуют свои зеркальные атомы, молекулы и, возможно, даже зеркальные звёзды и планеты.
Главное отличие: если обычные частицы взаимодействуют через «левые» силы, то зеркальные — через «правые».
Почему их не видно?
Причина в том, что зеркальное вещество не взаимодействует с фотонами «левого» света. Обычный фотон просто не «видит» зеркальные заряды, а зеркальный фотон игнорирует обычную материю. Поэтому зеркальные объекты для людей абсолютно прозрачны и невидимы, как призраки. Через них можно спокойно проходить, и ничего не произойдёт.
Единственный надёжный мостик между двумя мирами — это гравитация. Зеркальная планета имела бы массу и притягивала бы обычные тела. Именно поэтому зеркальное вещество является идеальным кандидатом на роль загадочной тёмной материи, которая удерживает галактики вместе, но не испускает света.
Физик утверждает, что тёмной материи не существует, а Вселенной 27 миллиардов лет
Загадка исчезающих нейтронов
Теория зеркального мира могла бы остаться красивой математической сказкой, если бы не одна реальная экспериментальная проблема, которая мучает физиков уже много лет. Это аномалия времени жизни нейтрона.
Нейтрон вне атомного ядра нестабилен. Примерно через 15 минут он распадается на протон, электрон и антинейтрино. Проблема в том, что два разных способа измерения этого времени дают разные результаты.
- Метод «бутылки». Нейтроны запирают в ловушке и ждут, сколько их останется. Результат: нейтрон живёт около 877,8 секунды.
- Метод «пучка». Нейтроны летят сквозь детектор, и учёные считают появляющиеся протоны. Результат: нейтрон живёт около 888 секунд.
Ускорительный туннель самого большого в мире источника нейтронов ESS
Разница составляет 9–10 секунд. Это огромная пропасть для точной науки.
Как зеркальное вещество объясняет ошибку
Физик Зураб Бережиани предположил, что нейтроны иногда превращаются в свои зеркальные копии. В ловушке («бутылке») часть нейтронов становятся зеркальными. Они перестают взаимодействовать со стенками ловушки, пролетают сквозь них и исчезают. Для детектора это равносильно распаду, поэтому измеренное время жизни кажется короче. В пучке превратившиеся в зеркальные нейтроны частицы просто не дают вспышек — не рождают обычных протонов. Прибор их не видит, и статистика искажается.
Эта гипотеза изящно объясняет, почему в экспериментах с хранением нейтроны исчезают быстрее, чем появляются протоны в экспериментах с пучком.
Охота за призраками
Чтобы проверить эти предположения, группа под руководством Лии Бруссард провела эксперимент по поиску зеркальных нейтронов Ок-Риджской национальной лаборатории (США):
- Пучок нейтронов направили на глухую стену-поглотитель.
- Перед стеной создали магнитное поле, которое должно было спровоцировать превращение обычного нейтрона в зеркальный.
- Зеркальный нейтрон должен был беспрепятственно пролететь сквозь стену.
- За стеной его пытались превратить обратно в обычный и засечь детектором.
Результат: пока тишина. Бруссард сообщила, что сквозь стену не прошел ни один нейтрон. Однако это не убило теорию полностью, а лишь ограничило возможные параметры смешивания частиц.
Один из залов ускорителя J-PARC
Новые данные пришли от японских учёных, работающих на ускорителе J-PARC. Там измерили время жизни нейтрона в пучке новым методом, считая электроны, а не протоны, и получили результат, близкий к «бутылочному», — 877,2 секунды. Если это подтвердится, то загадочная разница в 9 секунд может оказаться просто ошибкой измерений в старых экспериментах, и нужда в зеркальных нейтронах отпадёт.
Почему учёные настроены скептически
Несмотря на красоту идеи, большинство физиков не спешат признавать существование зазеркалья. У скептицизма есть две главные причины.
Бритва Оккама
Чтобы объяснить 9-секундную ошибку в одном эксперименте, теория требует удвоить количество частиц во всей Вселенной. Это кажется слишком дорогой «ценой» за решение локальной проблемы, которую можно объяснить банальными погрешностями приборов.
Проблемы с космологией
Если бы зеркального вещества было столько же, сколько обычного, и оно было бы горячим, это изменило бы раннюю Вселенную.
- Зеркальные частицы добавили бы энергии, что ускорило бы расширение Вселенной.
- Это привело бы к избыточной выработке гелия, чего мы не наблюдаем.
Сторонникам теории приходится предполагать, что зеркальный мир намного холоднее нашего. Эти попытки спасти теорию выглядят как подгонка реальности под удобный ответ.
Что в итоге?
Вопрос остаётся открытым. На начало 2026 года прямых доказательств существования зеркального вещества нет. Возможно, аномалия нейтрона — это просто техническая ошибка, которую скоро исправят более точные приборы J-PARC и ESS. А возможно, прямо сейчас сквозь вас пролетают зеркальные атомы и проходят зеркальные люди, о существовании которых можно судить только по косвенным гравитационным признакам. Поиск продолжается, ведь в физике даже самые безумные идеи иногда оказываются правдой.